基于一种筛查神经外科术相关颅内感染细菌类型的新型集成化基因芯片检测方法的研究

Bacterial intracranial infection is an operative complications commonly seen after neurosurgeries. It not only influences the efficacy and prognosis of primary diseases, but also may cause severe neurological damages. Cerebrospinal fluid-based bacterial cultures is the gold standard for the exact information of types of bacteria, but this test is time-consuming and of low positivity, therefore hindering precision medication of anti-infection. Thus, in this study, we would explore a surface chemical modification on gold surface with high sensitivity, specificity and biocompatibility by self-assembly monolayer technology. Meanwhile, we would improve sample processing technique, shorten processing duration and enhance efficiency of target fragment amplification by simultaneous application of multiple PCR and asymmetry PCR. Based on this, we will construct a gene biochip method and platform, which could detect the types of bacteria on biochip with a few hours, for fast diagnosis of bacterial intracranial infection. We hope this novel gene biochip for diagnosis of bacterial intracranial infection might provide a new method for high-risk patients screening, early diagnosis, identification of types of bacteria.

细菌性颅内感染是一种神经外科术后常见的严重并发症，不仅影响神经系统原发疾病的疗效和预后，同时也会造成严重的神经损伤。利用脑脊液的细菌培养方法是诊断颅内感染和辨别细菌感染类型的“金标准”，但是其往往耗时较长，且阳性率较低，通常不能给临床诊疗提供及时、快速的信息，对抗感染的精准用药造成很大的障碍。我们拟利用分子自组装单层技术，探索敏感性高、特异性强、具有生物分子适应性的金平面表面化学修饰方法，同时探索联用多重PCR和不对称PCR方法，改良样本处理技术、缩短样本处理时间、增加目的片段扩增效率。并以此为基础，构建能在数小时内快速诊断颅内感染和鉴别细菌感染的基因芯片方法和诊断平台。以期达到高危人员筛查、早期诊断、快速鉴别感染类型的目的，为细菌性颅内感染的诊断和防治提供新的技术平台和实验手段。

中枢神经系统感染是一种严重的神经系统感染性疾病，与特发性脑膜炎相比，手术相关的颅内感染病情更加复杂。目前针对颅内感染的诊断方法主要依赖于两种：1、细菌培养。这种方法特异性高，但是阳性率非常低，在各实验室的数据可以看出，脑脊液细菌培养的阳性率通常低于30%。2、脑脊液生化指标。但是这种方法特异性较差。一些新型的生物标志物，如脑脊液/血乳酸、降钙素原等，会收到脑脊液性质的影响，如溶血等，影响最后的结果。本研究拟利用生物芯片技术，构建针对神经外科术后相关细菌性颅内感染快速诊断的芯片平台，从而提高临床诊断效率。在本研究在整个课题实施阶段，一共收集579余名患者的脑脊液样本，所有患者也同时收集临床病理学资料。其中105例脑脊液样本被诊断为细菌性颅内感染。在确定芯片化学修饰方案后，我们分别从芯片的3个方面分别对颅内感染进行快速诊断。1）我们利用基因芯片技术，将能够检测8种常见的颅内感染致病菌的寡核苷酸探针固定在芯片表面。然后设计相应的cy3修饰引物，将脑脊液中提取的微生物DNA进行扩增后点样于基因芯片表面，效果与细菌培养结果一致。2）我们利用蛋白质芯片方法，将NfL抗体探针固定于芯片表面，利用夹心法对患者脑脊液中的NfL蛋白水平进行检测，在多种神经外科疾病中都发现NfL蛋白质芯片具有较好的诊断作用。3）我们利用多糖芯片方法，将11种凝集素探针固定于芯片表面，继而探索颅内感染患者脑脊液中的多糖谱，结果利用2种多因素分析方法，发现凝集素LTL对应的α-fucose可以作为颅内感染的独立风险因素。4）在此基础上，我们利用商业化Olink蛋白芯片技术，筛选了一批颅内感染的标志物，为后续研究提供数据。5）此外，在研究过程中，我们对颅内肿瘤微环境中细菌进行了探索，对拓展思路具有较强的意义。我们利用不同的芯片平台，从快速诊断、细菌辨别、和糖基谱相关感染疫苗开发等方面对颅内感染的诊断和后续研究提供新方法和新思路。